物理学进展

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郑鸿倩, 胡婷, 黄呈熙, 杜永平, 万逸

2025 (3): 105-117. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2025.03.001

PDF(9286KB) ( 1024 )

近年来，兼备铁磁性和铁电性的多铁性材料因展现出新颖且丰富的物理特性，以及在信息存储、传感技术等领域的广泛潜在应用，已吸引了众多研究者的密切关注。随着对多铁性材料性质理解的深化，研究者们开始致力于探索其在更小尺度上的行为表现，特别是针对二维材料的研究。相较于三维材料，二维材料凭借其独特的结构特征和显著的尺度效应，通常在力学、光学、热学及磁学性能上展现出更为优越的表现。然而，值得注意的是，当前关于二维多铁性材料的研究主要集中于理论预测层面，实验层面的进展相对滞后。鉴于此，本文首先简要回顾了多铁性材料的发展历程，随后详细阐述了二维材料的特性与优势，并对二维多铁性材料的潜在应用进行了讨论。接下来，本文综述了当前的研究现状，涵盖了相关的物理现象与机制、实验制备方法、性能调控技术以及表征手段等方面的内容。此外，本文还列举了理论预测中可能实现的二维多铁性材料，并在此基础上深入探讨了当前研究面临的挑战以及未来的发展方向。

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超越硅基器件的二维晶体管：从理论到实验

李鸿, 徐琳, 邱晨光, 吕劲

2025 (3): 118-131. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2025.03.002

PDF(2085KB) ( 749 )

由于严重的短沟道效应，硅基晶体管在栅长小于 10 nm 的时候，不能很好地工作，摩尔定律面临失效的风险。比起体半导体材料，二维材料具有更好的静电特性和载流子迁移率。密度泛函理论和非平衡格林函数方法结合的第一性原理量子输运模拟是描述纳米尺度晶体管输运的最精确的理论工具。基于第一性原理量子输运模拟预测理想状态下的二维材料晶体管的性能优于硅基晶体管，能够满足国际半导体技术线路图及国际器件和系统线路图未来十年的需求，能延续摩尔定律到 10 nm 以下栅长。本文介绍了在二维晶体管领域近两年实验上取得的重大突破，包括将栅极长度缩小到埃米尺度，将电极接触电阻降低到接近理论量子极限，以及制备出高质量的超薄电介质。当良好的欧姆接触和超薄的介电层同时实现时，在 10 nm 栅长的 InSe 晶体管中观察到了理论预测的超越硅基晶体管的性能。

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轴子绝缘体及其输运特性

李思晴, 丁悦然, 陈垂针

2025 (3): 132-150. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2025.03.003

PDF(5137KB) ( 47 )

近年来，凝聚态物理学中的轴子绝缘体研究引起了广泛关注，因为它具有类似于高能物理中假想基本粒子---轴子的电磁响应，从而导致体系中出现半量子化的表面霍尔电导或拓扑磁电效应性质。最近，在三维磁性拓扑绝缘体异质结和本征磁性拓扑绝缘体 MnBi₂Te₄ 的输运实验中发现了轴子绝缘体存在的迹象，然而，精确测量轴子绝缘体的半量子化电磁响应仍具有挑战性。在这篇综述中，我们回顾了磁性拓扑绝缘材料中轴子绝缘体研究的理论和实验进展。讨论了由于体边对应关系导致的轴子绝缘体的半量子化棱电流激发，以及一种基于半磁性拓扑绝缘体的半量子化霍尔电导的输运理论。最后，我们探讨了轴子绝缘体中的无序诱导相变，包括表面存在的二维类量子霍尔电导平台相变的普适类，并提出了利用这种相变的普适特征来探测轴子绝缘体的方案。

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实验室天体物理中磁场的测量方法

施川奇, 袁大伟, 赵刚

2025 (3): 151-159. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2025.03.004

PDF(5979KB) ( 330 )

磁场在天体中是普遍存在的，如地球、太阳、超新星遗迹、星云、巨星、中子星和黑洞等。但是目前天体磁场还存在许多的未解之谜，例如种子磁场是如何产生的？磁场是如何被放大的？随着高功率、大能量激光装置的出现，实验室天体物理为研究这些问题提供了一种全新的方法，即在实验室产生和天体或周围环境类似的极端物理条件，对天体物理问题进行实验室研究，它具有近距、主动、条件可控和可重复性等优点。在相似定标率下，利用实验室激光等离子体可以研究天体中磁场的起源与放大问题。目前实验室研究中，常用的磁场测量方法包括磁探针、磁带、塞曼效应、法拉第旋光和质子成像等，熟悉并掌握这些方法的原理和特点有助于在实验中选择合适的方法进行磁场测量。

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